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聚乙烯装置聚合反应器结构计算分析研
究
摘要:本文结合工程实际,对聚乙烯装置中的聚合反应器结构的计算方法进
行了讨论分析。首先应用STAAD.PRO软件对反应器本体进行结构计算分析,对比
不同模型的周期位移等参数;然后应用PKPM软件对支撑设备的混凝土框架及基
础进行结构计算分析;最后应用ANSYS软件对设备本体进行计算分析,对比不同
软件计算得到的自振周期等参数。本文采用的简化计算方法容易操作,精度较高,
工程实用性强,可在今后的工程实例中得到较好的推广。
关键词:聚合反应器;结构计算;聚乙烯装置。
1引言
聚合反应器是高密度聚乙烯装置中重要的设备,本文的计算分析选用的反
应器采用环管形式,由六条腿及数个弯头组成,单根管腿长约60米(直段平均
值),各根管腿在顶部底部通过180度弯头连接,使反应器联为一体,底部与劳
伦斯泵相连,设备支撑于混凝土框架上,基础形式采用桩基础。该设备在顶部设
有三层平台,环管反应器的自重及物料重较大,管腿的直径较大,各根管腿的间
距较小且整体高度较高,属于高耸结构,对风荷载和地震工况较为敏感,故结构
计算上有一定难度。本文依托于某实际工程项目,提出了一种简单可行的环管反
应器结构的计算方法,得到了较高精度的计算结果,且该方法具有很强的工程应
用性。
2聚合反应器结构设计思路
聚合反应器本体采用的是夹套管结构,各根管腿之间沿高度采用H型钢梁及
圆管支撑相互连接,反应器顶部有多层钢结构操作平台。由于聚合反应器的高宽
比较大,刚度较小,且反应器易产生振动,故下部支撑结构选用混凝土结构以保
证结构的整体刚度,基础形式采用桩基础。针对这种结构体系,由于反应器本体
均为钢结构且需要校核的荷载组合较多,本文选用STAAD.PROV8i软件对反应器
本体进行结构计算。因为STAAD.PROV8i软件无法应用中国规范对混凝土结构进
行校核,故本文选用PKPM软件对下部混凝土框架及基础进行计算,提高工程设
计效率。
本文将反应器本体与下部混凝土框架分开进行计算,对于上部设备本体,在
混凝土框架支撑处加固定支座,假设设备在支撑处无位移,然后将设备在不同工
况下各根管腿的支座反力值均分,以荷载的形式输入到下部混凝土框架对应的支
撑梁上。做出以上简化计算基于以下几条理论依据:
(1)在混凝土框架支撑设备层加大楼板厚度,采用厚板结构在加强整体刚
度的同时,能够有效限制设备本体在该处的位移。
(2)在反应器支座与混凝土支撑梁间增设一圈环梁,目的是让支座处的荷
载均匀的传递给各支撑梁,让本文的简化计算模型的受力体系与实际情况一致。
(3)对于设备本体传递到混凝土梁上的荷载,恒荷载及活荷载均以构件荷
载的形式在PKPM中输入,风荷载及地震荷载以自定义荷载组合的形式输入并重
新定义软件的荷载组合。
(4)该简化计算模型并未考虑反应器及上部平台对下部混凝土结构的刚度
贡献,根据工程实例计算得到的结果可知,上部结构的刚度要远小于下部混凝土
框架的刚度,为了简化计算节约工程设计时间成本,故不考虑上部结构的刚度贡
献。
3工程实例
根据第2节中的计算基本假定及设计思路,在本节中结合某项目的工程实例,
采用该方法进行聚合反应器的结构计算。
3.1项目的基本设计条件
基本风压(取地面上10米处):0.85kN/m;地面粗糙度类别:A类;设计
2
地震分组:第一组;抗震设防烈度:7度(0.1g);工程场地设计特征周期:
0.38s;工程场地类别:Ⅲ类;。
聚合反应器的相关参数:总高度:68242mm,套筒最大外径:780mm,套筒内
径:560mm,支座相对标高12.3m,反应器顶部三层平台相对标高分别为64.8m、
68.7m、72.3m,平台支撑高度为62.0m。
3.2荷载计算
本文输入的荷载主要有如下几类:
(1)恒荷载:包含结构自重:所有梁、柱、垂直支撑以及楼板的重量;设
备本体的净重(包含各根管腿之间的钢梁以及垂直撑的自重)398t;设备操作时
环管内的物料重110t;设备操作时夹套层冷却水质量20t;保温层质量,保温厚
度按80mm考虑。
(2)活荷载:
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